Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton, del Departamento de Energía de Estados Unidos (PPPL) por primera vez han simulado la formación de estructuras llamadas "plasmoides" durante la Inyección Coaxial de “Helicidad” (CHI), un proceso que podría simplificar el diseño de plantas de energía a base de fusión, conocidos como “tokamaks”. Los resultados, publicados en la revista Physical Review Letters, implican la formación de plasmoides en el gas de plasma, caliente y cargado, que es el combustible de las reacciones de fusión. Estas estructuras (redondas) transportan corriente que podría eliminar la necesidad de solenoides, grandes bobinas magnéticas que serpentean por el centro de los tokamaks de hoy, para iniciar el plasma y completar el campo magnético que confina el gas caliente.
Investigadores del Laboratorio de Física de Plasma de Princeton, del Departamento de Energía de Estados Unidos (PPPL) por primera vez han simulado la formación de estructuras llamadas "plasmoides" durante la Inyección Coaxial de “Helicidad” (CHI), un proceso que podría simplificar el diseño de plantas de energía a base de fusión, conocidos como “tokamaks”. Los resultados, publicados en la revista Physical Review Letters, implican la formación de plasmoides en el gas de plasma, caliente y cargado, que es el combustible de las reacciones de fusión. Estas estructuras (redondas) transportan corriente que podría eliminar la necesidad de solenoides, grandes bobinas magnéticas que serpentean por el centro de los tokamaks de hoy, para iniciar el plasma y completar el campo magnético que confina el gas caliente.
"La comprensión de este comportamiento ayudará a producir plasmas que se someten a reacciones de fusión indefinidamente", dijo Fátima Ebrahimi, física de la Universidad de Princeton y de PPPL, autora principal del artículo.
Ebrahimi corrió una simulación en computadora que modela el comportamiento del plasma y la formación de plasmoides en tres dimensiones a lo largo de la cámara de vacío de un tokamak. Esta es la primera vez que los investigadores han modelado plasmoides en condiciones que imitan estrechamente aquéllas dentro de un tokamak real. Todas las simulaciones anteriores habían modelado solamente una pequeña porción del plasma, obteniendo una imagen simplificada que podría dejar de capturar toda la gama de comportamiento del plasma.
Los investigadores validaron su modelo comparándolo con imágenes, tomadas con una cámara rápida, del comportamiento del plasma, en el National Spherical Torus Experiment (NSTX), la instalación de fusión más importante del PPPL. Estas imágenes también mostraron estructuras plasmoides confirmando la simulación y dando a la investigación un avance significativo, ya que reveló la existencia de plasmoides en un entorno en el que nunca se habían visto antes. "Estos resultados están en un nivel completamente diferente de las anteriores", dijo Roger Raman, líder del programa de Investigación de Inyección Helicidad Coaxial en NSTX y coautor del artículo.
Los hallazgos pueden proporcionar apoyo teórico para el diseño de un nuevo tipo de tokamak sin necesidad de un gran solenoide para completar el campo magnético. Los solenoides crean campos magnéticos cuando la corriente eléctrica fluye a través de ellos en pulsos relativamente cortos. Los Tokamaks de hoy, que tienen la forma de una rosquilla y los tokamaks esféricos, que tienen la forma de una manzana sin el centro, ambos emplean solenoides. Pero los futuros tokamaks tendrán que operar en un estado estable constante durante semanas o meses. Además, el espacio en el que el solenoide se instala, el agujero en el medio del tokamak en forma de rosquilla, es relativamente pequeño y limita el tamaño y la fuerza del solenoide.
Imágenes:
Izquierda: Muestran la formación de plasmoides en la simulación del PPPL. (Crédito: Fátima Ebrahimi)
Derecha: Muestra fotografías, tomadas con cámara rápida, de dos plasmoides discretos con estructura de burbuja (Crédito: Nishino-San, Hiroshima University)
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